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高溫合金｜Superalloy

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫下抗氧化、耐腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱為“超合金，”主要應(yīng)用于航空、航天、艦船、車輛、工業(yè)燃機(jī)和能源領(lǐng)域。

產(chǎn)品分類 / 用途

GH 3304（Hastelloy C-276）

 Hastelloy C-276合金中外牌號(hào)： 美國(guó)UNS：N10276 ，德國(guó)DIN： NiMo16Cr15W  W-Nr: 2.4819  中國(guó)GB/T: NS 334  英國(guó)BS： NA 17D  化學(xué)成分標(biāo)號(hào)：00Cr16Ni60Mo16W4


 （00Cr16Ni60Mo16W4 ）Hastelloy C-276 合金于1965年問世，1970年后采用爐外精煉工藝（AOD,VOD）進(jìn)行生產(chǎn)，以獲得超低碳（C ≤ 0.02% )和高純度的合金內(nèi)在質(zhì)量。為了降低0Cr16Ni60Mo16W4合金的焊后和熱成型后晶間腐蝕的敏感性和脆性，克服Hastelloy C合金焊接后或熱成型后尚需要進(jìn)行固溶處理的嚴(yán)重缺點(diǎn)，除降低碳含量（C ≤ 0.02% )外，還降低了合金中的硅含量到≤ 0.08%。降低碳含量可減少合金中的碳化物析出的數(shù)量；降低硅含量可減少合金中金屬間相的沉淀數(shù)量，從而達(dá)到提高合金耐晶間腐蝕性能的目的。與此同時(shí)，合金的塑性、韌性和加工成型也有極大的改善。



一、化學(xué)成分


   00Cr16Ni60Mo16W4 合金化學(xué)成分見下表，其特點(diǎn)是低碳、低硅。


                                                                            Hastelloy C-276 ( GB NS 334 )合金的化學(xué)成分
元素名稱
      C 
   Si  Mn   P    S         Cr   Ni       Mo      W      Fe  Co    V
含量  ≤0.02 ≤0.08  ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03  14.5～16.5 ≥57 15.0～17.0 3.0～4.5  4.0～7.0≤2.5≤0.035



二、耐蝕性能


  1. 全面腐蝕


  一般情況0Cr16Ni60Mo16W4的腐蝕數(shù)據(jù)對(duì)00Cr16Ni60Mo16W4也是適用的。表3-5-26和圖3-5-16~圖3-5-21列出了該合金本身進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)所取得的結(jié)果。顯然，00Cr16Ni60Mo16W4合金固溶態(tài)的耐蝕特點(diǎn)與0Cr16Ni60Mo16W4完全一致。因此，前述 0Cr16Ni60Mo16W4 合金的耐蝕性結(jié)果仍可適用于00Cr16Ni60Mo16W4合金。


表 3-5-26.jpg

圖 3-5-18.jpg

圖 3-5-20.jpg

  

  2. 局部腐蝕


  試驗(yàn)表明，00Cr16Ni60Mo16W4 合金的晶間腐蝕敏感性遠(yuǎn)比0Cr16Ni60Mo16W4低。但是，當(dāng)在600~1150℃敏化或焊后冷卻時(shí)，此合金中仍有二次碳化物和一些金屬間相析出，因而在某些介質(zhì)條件下仍然影響00Cr16Ni60Mo16W4 合金在焊接用途的使用。在5%FeCl3+10%NaCl溶液中，室溫下試驗(yàn)72h,00Cr16Ni60Mo16W4合金無論是焊態(tài)、固溶態(tài)，還是焊后熱處理態(tài)均無點(diǎn)蝕產(chǎn)生。表3-5-27系在一些介質(zhì)中，00Cr16Ni60Mo16W4 合金耐點(diǎn)蝕試驗(yàn)結(jié)果。


圖 3-5-21.jpg


  在10%FeCl3 中進(jìn)行的縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)，00Cr16Ni60Mo16W4  耐縫隙腐蝕性能也是較好的。


表 3-5-27.jpg


 3. 加速腐蝕試驗(yàn)


   加速腐蝕試驗(yàn)是為了迅速確定 Hastelloy C-276合金的耐蝕性是否滿足工廠實(shí)際腐蝕環(huán)境的需要。加速腐蝕試驗(yàn)所選用的介質(zhì)一般要較實(shí)際使用條件更加苛刻。對(duì)鎳鉻鉬型耐蝕合金而言，按規(guī)定要進(jìn)行鹽酸彎曲試驗(yàn)和硫酸鐵試驗(yàn)。


   鹽酸彎曲試驗(yàn)系10%沸騰HCI酸中試驗(yàn)24小時(shí)，然后將試樣彎曲180°。焊接試樣則要求垂直于焊縫方向彎曲，且彎曲中部位要位于熱影響區(qū)。彎曲后的試樣在放大10倍下觀察有無晶間開裂現(xiàn)象。


   硫酸鐵試驗(yàn)系在50%H2SO4+42g/LFe2(SO4)3沸騰溶液中試驗(yàn)24h。若有晶間腐蝕存在，則試樣的腐蝕會(huì)加速。對(duì)于Hastelloy C-276合金，可允許的最高腐蝕速率為1.02mm/月或12.24mm/a。


表 3-5-28.jpg


三、力學(xué)性能


  表 3-5-29 系 00Cr16Ni60Mo16W4 合金的室溫和高溫瞬時(shí)力學(xué)性能。表 3-5-30 則系焊接金屬的力學(xué)性能。 表 3-5-31 和 表 3-5-32 分別為不同熱處理?xiàng)l件下的低溫沖擊性能和室溫硬度。


表 3-5-29.jpg

表 3-5-30.jpg


四、物理性能


  00Cr16Ni60Mo16W4 合金的物理性能件下表


表 3-5-33.jpg


五、焊接性能


Hastelloy C-276合金焊接性能良好，可以采用通用的焊接方法進(jìn)行焊接無特殊困難。而TIG、MIG和手工電弧焊則是最常用的。但當(dāng)用于耐蝕用途時(shí)，不推薦選用乙炔焊方法。焊接過程中要防止熱輸入過大，對(duì)于埋弧焊更應(yīng)特別注意。


六、冷熱加工及成型性能


  0Cr16Ni60Mo16W4合金冷加工并無特殊困難。但是，其熱加工則是鎳基耐蝕合金中較困難的一種。這并不是由于其熱塑性低，而是由于變形抗力大，加工工藝控制要求嚴(yán)格所致。圖3-5-14和圖3-5-15系國(guó)內(nèi)對(duì)0Cr16Ni60Mo16W4合金的熱塑性進(jìn)行試驗(yàn)所取得的結(jié)果。顯然，電渣重熔冶煉可明顯提高此合金的熱塑性。合金鍛態(tài)的熱塑性高于鑄態(tài)。合金的熱加工及熱成型溫度以1000~1200℃為宜。


七、熱處理


 在沒有特殊規(guī)定和要求的情況下，Hastelloy C-276合金進(jìn)行固溶處理，即在1121℃下加熱后急冷。在此種狀態(tài)下，Hastelloy C-276合金才具有最佳的耐蝕、力學(xué)綜合性能。


八、應(yīng)用


Hastelloy C-276合金在冶金廠可生產(chǎn)板、管、絲、帶、棒材以及鍛件和鑄件。此合金由于在氯化物以及含各種有機(jī)酸的硫酸、亞硫酸、磷酸、各種有機(jī)酸、高溫氟化氫等介質(zhì)中的良好的耐全面腐蝕和局部腐蝕性能，因此可制造耐這些介質(zhì)腐蝕的各種容器、管道、閥門、塔、槽等。